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气象学（英语：meteorology）是把大气当作研究的客体，从定性和定量两方面来说明大气特征的学科，集中研究大气的天气情况和变化规律和对天气的预报。气象学是大气科学的一个分支[1]。
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提示：此条目页的主题不是气候学。天气学（synoptic meteorology）又称综观气象学[2]，是大气科学中研究各种天气现象发生发展的规律，以及应用这些规律来制作天气预报的学科[3]；其为专门对天气图资料之研究与分析的一种气象学，内容包含地面气象观测、高空图、热力图及卫星云图分析，为每日天气预报的主要依据。
第一位建立气象学的人是古希腊哲学家亚里士多德。在他的专书《气象汇论》中，他最先叙述和粗浅地解释了风、云、雨、雪、雷、雹等天气现象，而这书是世界上最早的气象书籍。直到18-19世纪，由于物理学和化学的发展以及气压、温度、湿度和风等测量仪器的陆续发明德国人布德兰绘制了第一张地面天气图，开创了近代天气分析和预报方法。1835年，法国人科利奥里提出风偏转的概念；而1857年荷兰人白贝罗提出风和气压的关系，他们的概念都成为大气动力学和天气分析的基础。1854年11月14日克里米亚战争期间，一场暴雨使亨利四世的军舰及商船毁坏殆尽，造成400人死亡，当时的国防部长瓦扬（Vaillant）请天文学家于尔班·勒维耶负责找出原委。经过研究后，于尔班证明这场暴风雨在11月12日即已存在，且在两天之内便自西北往东南方向袭卷整个欧洲。因此他指出影响天气的大部分因子都具有迁移性。此次事件使他认为有必要发展气象学，他促使这门学科在1855年获得正式地位，现代气象学就此踏出第一步。[4]
1920年前后，挪威的皮耶克尼斯父子提出了一套名为“极锋学说”的理论，来说明中纬度地区的天气变化情况。这套理论在1920年代发表之后，至今已有百多年，但仍然是今日作天气预报的主要理论依据，亦为分析和预报未来1-2天的天气奠定了理论基础。1930年代，无线电探空仪的广泛使用，真正开始了三维空间的大气科学研究。根据大量探空资料绘制的高空天气图，发现了大气长波。1939年卡尔-古斯塔夫·罗斯贝提出了长波动力学，他的理论亦对天气预报有莫大的贡献。到了1950年代至60年代，电脑、天气雷达，卫星和遥感的技术的应用，使大气的各种现象，大至大气环流，小至雨滴的形成过程，都可依照物理学和化学的数学形式来表示，例如热力学第一定律、偏微分。从而使大气科学有了突飞猛进的发展[5]。
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气象学研究的方法主要有[6]：
观测研究是藉观测去了解不同的大气现象，可以说是气象学理论的其中一块基石，亦是一般气象爱好者所关注的。观测方法亦有很多种，气象站、高空气球、卫星云图、雷达回波图等。观测研究不只是观测，也有一定程度的归纳和分析，例如一句“明天转冷”，便是一种分析。此外，绘制天气图、整理热带气旋路径、气候区域分类等，亦是观测研究所要做的。
理论研究有三大部分，除观测外，物理和数学对理论研究亦很重要。理论可以从两方面产生，一方面是从观测数据中直接建立出来的，例如分析热带气旋强度的德沃扎克分析法，另一方面是从物理理论或其他气象理论演化出来的，例如地转方程、气压梯度方程等。物理理论很多时需要数学的帮助，反过来说，数学语言有时更能使我们明白物理和气象理论。
现代的天气预报即是建立在数值模式上，数值模式透过非线性方程式以及超级电脑的插点格运算，反演出一地区未来数天天气。数值模式研究是较少人所认识的，它们都需要相当的理论知识、电脑程序技巧和实验技巧。数值模式研究会把不同的物理和气象方程，以电脑程序的方式放进电脑里，再计算出未来温度、湿度、气压、风向等变化，以协助天气预报或理论研究。
比较有名的天气数值模式有：
实验研究同样是较少人所认识的，实验研究因数值模式研究的出现而比往日式微，但亦有其存在价值，例如要验证某些理论，数值模式研究是做不到的。
另外，一些气象学研究需要实地观测数据，往往需要到野外进行实地考察、观测，收集观测数据。
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水平尺度达10000公里，大气超长波，超大型系统如南亚高压、热带辐合带等。
水平尺度大约1000～10000公里、时间尺度在几周到数月，地区性大型天气系统，比如蒙古高压、夏威夷高压、阿留申低压、亚速尔高压、西太平洋副热带高压等。
水平尺度100～2000公里，时间尺度一天到十几天。研究对象如热带气旋，各种规模较小的切断低压（或低涡）与阻塞高压，锋面过程等。
水平尺度100公里以内，还有细分微尺度的（10公里以内），时间在几小时的尺度。研究对象如雷暴云团、龙卷风、尘卷风等等，时效性要求极高，比较困难。
气象学主要应用就是天气预报，根据天气预报可以指导生产生活等多方面活动。以下其他气象学应用主要就是天气预报的应用。
根据天气预报，当灾害性天气来临时有必要暂停航空、航船和铁路交通。
当灾害性天气来临时不宜进行某些工农业活动，比如暴雨时应当暂停施工，高温低温时减短或暂停施工。农业种植也需要考虑天气状况来安排各项生产活动。
户外大型活动如奥运会、大型马拉松等需要考虑天气因素，天气不宜时应当推迟或取消。
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